基于聯(lián)合分布的混合信號分離與參數(shù)估計方法研究.pdf

1、合成孔徑雷達（SAR）具有全天時、全天候和遠(yuǎn)距離探測的優(yōu)勢，是戰(zhàn)略偵察和戰(zhàn)場監(jiān)視的重要組成部分。將SAR和地面運動目標(biāo)檢測（GMTI）相結(jié)合，可同時獲得戰(zhàn)場中的靜態(tài)和動態(tài)信息，得到全面詳盡的戰(zhàn)場態(tài)勢圖。隨著 SAR-GMTI在軍事和民用方面日益廣泛地應(yīng)用，SAR-GMTI也面臨許多新的問題與挑戰(zhàn)，例如復(fù)雜干擾的抑制、機動目標(biāo)的參數(shù)估計以及多目標(biāo)精確成像等。而在這些挑戰(zhàn)中，雷達回波信號往往具有非平穩(wěn)特性，采用一維的信號處理方式難以對回波信

2、號進行充分的刻畫?；诖?，本文對雷達回波信號的聯(lián)合分布（時頻分布、時間-調(diào)頻率分布等）開展研究，并將研究成果應(yīng)用于SAR干擾抑制、勻速/機動目標(biāo)多普勒參數(shù)估計以及多目標(biāo)分離成像。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、叛芯苛烁蓴_抑制方法。窄帶干擾（NBI）和寬帶干擾（WBI）是 SAR干擾的兩種主要形式，干擾的存在會大幅度地降低SAR圖像的質(zhì)量，尤其是寬帶干擾，在時域和頻域內(nèi)與有用的回波信號高度重疊，通過一維的信號處理方式難以有效地抑制干擾。

3、針對這一問題，在分析NBI和WBI時頻特性的基礎(chǔ)上，利用干擾信號與有用信號在時頻平面內(nèi)能量聚集特性的差異，提出了一種基于 Wigner分布（WD）和時頻面滑窗掩膜技術(shù)的干擾抑制算法。該算法首先利用瞬時時刻重構(gòu)序列與原序列之間的聯(lián)系，提出了一種基于WD的高效信號重構(gòu)算法，能夠從信號的WD中準(zhǔn)確快速地恢復(fù)出信號；然后采用平滑偽WD分布（SPWD）作為時頻掩膜抑制WD的交叉項，并結(jié)合 WD信號重構(gòu)算法和時頻平面滑窗掩膜技術(shù)重構(gòu)干擾信號；最后將

4、重構(gòu)的干擾信號與原始回波進行對消實現(xiàn)干擾抑制。該算法能有效抑制SAR圖像中時變的NBI和WBI，同時盡可能保留有用的SAR回波信號。仿真和實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗證了本文方法的有效性。
　?、蒲芯苛藙蛩龠\動目標(biāo)的多普勒參數(shù)估計問題。對于勻速運動目標(biāo)，當(dāng)目標(biāo)的距離走動和距離彎曲校正后，其回波形式可描述為線性調(diào)頻（LFM）信號。LFM信號的中心頻率和調(diào)頻率分別與目標(biāo)的距離向速度和方位向速度有關(guān)。通過對LFM信號的參數(shù)估計可以得到目標(biāo)的運動參

5、數(shù)。立方相位函數(shù)（CPF）能有效地估計單分量LFM信號的參數(shù)，但在處理多分量LFM信號時會產(chǎn)生交叉項和偽峰。針對這一問題，本論文提出了一種針對LFM信號的相參積累CPF算法。該算法利用了LFM信號在時間-調(diào)頻率平面內(nèi)沿平行于時間軸的直線分布這一特性，結(jié)合解線頻調(diào)技術(shù)沿時間軸對目標(biāo)信號進行相參積累，最后在頻率-調(diào)頻率二維平面內(nèi)同時估計目標(biāo)的中心頻率和調(diào)頻率參數(shù)。所提算法能夠有效抑制交叉項和偽峰分量，并且不需要參數(shù)搜索過程。仿真和實測數(shù)據(jù)處

6、理結(jié)果表明所提算法是一種有效的LFM信號參數(shù)估計算法。
　?、茄芯苛藱C動目標(biāo)的多普勒參數(shù)估計問題。對于機動目標(biāo)，其加速度會在回波歷程中引入三階相位項（二次調(diào)頻率），其回波形式可描述為立方相位信號（CPS）。三階相位項會造成機動目標(biāo)的回波在時間-調(diào)頻率平面內(nèi)出現(xiàn)調(diào)頻率走動。根據(jù)這一性質(zhì)，提出了一種基于坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的相參積累 CPF算法。首先利用坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)校正由三階相位項帶來的調(diào)頻率走動，再結(jié)合坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)角度與解線頻調(diào)技術(shù)，對機動目標(biāo)進

7、行相參積累。所提算法采用了相參積累方式，因此具有較低的信噪比門限，同時能夠有效地抑制交叉項和偽峰分量。與現(xiàn)有的相關(guān)參數(shù)估計算法相比，所提算法在增加一定計算復(fù)雜度的基礎(chǔ)上提高了低信噪比下的參數(shù)估計性能。
　?、妊芯苛烁咝旁氡认露嗄繕?biāo)分離成像方法。針對多目標(biāo)回波信號在距離頻域-方位時域能夠近似為多分量LFM信號這一特性，提出了一種穩(wěn)健的多分量LFM信號合成算法。該算法首先利用了多分量LFM信號的自項經(jīng)過模糊函數(shù)平面原點這一特性，結(jié)合R